JP2008298485A - Photoelectric sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体の有無を光学的に検知するのに利用される光電センサに関する。 The present invention relates to a photoelectric sensor used for optically detecting the presence or absence of an object.
従来から、物体の有無を光学的に検知するのに光電センサが用いられている。そして、光電センサの小型化を図るために、光電センサ内部に多数の能動素子と受動素子を一枚の基板に実装し、かつ積層された基板に回路パターンを立体的に形成した多層構造のいわゆる多層基板が用いられることがある(例えば、特許文献1参照)。
光電センサに内蔵される多層基板には、例えば投光素子、受光素子、表示用LED並びにこれらの素子を制御し物体の有無を検知する機能を有する汎用IC等が実装されている。そして、投光素子、受光素子、表示用LED等の光素子は、互いの光が干渉しないように多層基板の一側面に互いに隔たって形成された凹み部内にそれぞれ収容され、これらの各光素子が光アイソレートされている。また、これらの光素子は、多層基板の回路パターンにワイヤボンディングされ、投光素子及び受光素子が互いに機能するようにかつ表示用LEDが外部から認識可能なようにこれらの光素子及びそれに接続されたボンディングワイヤは例えば透明のエポキシ樹脂で覆われている。 For example, a light emitting element, a light receiving element, a display LED, and a general-purpose IC having a function of detecting the presence or absence of an object by controlling these elements are mounted on the multilayer substrate built in the photoelectric sensor. Optical elements such as a light projecting element, a light receiving element, and a display LED are respectively housed in recesses formed on one side surface of the multilayer substrate so as not to interfere with each other. Are optically isolated. Also, these optical elements are wire-bonded to the circuit pattern of the multilayer substrate, and are connected to these optical elements and the LED so that the light projecting element and the light receiving element can function with each other and the display LED can be recognized from the outside. The bonding wire is covered with, for example, a transparent epoxy resin.
一方、これらの素子とは別の汎用ICは、例えばシリコンを母材とするものが多く、光に反応して誤動作を生じるおそれがあるので、上述した光素子とは独立して多層基板の上面に凹み部を設けてこの凹み部に収容され、多層基板の回路パターンにワイヤボンディングされた後、光を透過しない例えば遮光性を有するエポキシ樹脂等で覆われる。 On the other hand, general-purpose ICs other than these elements are often based on silicon, for example, and may cause malfunctions in response to light. Therefore, the upper surface of the multilayer substrate is independent of the above-described optical elements. A recess portion is provided in the recess portion, accommodated in the recess portion, wire-bonded to the circuit pattern of the multilayer substrate, and then covered with, for example, a light-blocking epoxy resin that does not transmit light.
しかしながら、多層基板がこのような構成を有すると、それぞれの光素子の収容用凹み部に加えて、汎用ICの収容用凹み部を別個に設けなければならないので、多層基板自体が大型化してしまい、ひいてはこれを内蔵する光電センサ全体も大型化してしまう。 However, if the multilayer substrate has such a configuration, in addition to the recesses for accommodating each optical element, it is necessary to separately provide the recesses for accommodating general-purpose ICs. As a result, the entire photoelectric sensor incorporating the same is also enlarged.
本発明の目的は、実装密度が高い多層基板を内部に備えた小型で信頼性の高い光電センサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small and highly reliable photoelectric sensor provided with a multilayer substrate having a high mounting density.
上述した課題を解決するために、本発明に係る光電センサは、
光素子と汎用ICとが同一側の面に実装された多層基板を備えた光電センサであって、
前記多層基板の同一側の面には、前記光素子と汎用ICを共に収容する共通凹み部が形成されると共に、当該共通凹み部の底面の一部に更なる凹み部が形成され、
前記汎用ICが前記更なる凹み部に収容されると共に、前記光素子が前記共通凹み部の更なる凹み部以外の底面に配置され、
前記汎用ICの上面全体は遮光性の樹脂で覆われ、かつ前記共通凹み部には光透過性の樹脂が少なくとも前記光素子の上面を覆った状態で充填されている
ことを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, the photoelectric sensor according to the present invention is:
A photoelectric sensor including a multilayer substrate in which an optical element and a general-purpose IC are mounted on the same side,
On the same side surface of the multi-layer substrate, a common dent portion that accommodates both the optical element and the general-purpose IC is formed, and a further dent portion is formed on a part of the bottom surface of the common dent portion,
The general-purpose IC is accommodated in the further recessed portion, and the optical element is disposed on the bottom surface of the common recessed portion other than the further recessed portion,
The entire upper surface of the general-purpose IC is covered with a light-shielding resin, and the common recess is filled with a light-transmitting resin so as to cover at least the upper surface of the optical element.
本発明に係る光電センサがこのような構造の多層基板を有することで、共通凹み部の底面に汎用IC収容用の更なる凹み部を設けた二段構成となり、この更なる凹み部に汎用ICを配置してこの汎用ICの上面全体を遮光性の樹脂で覆うことによって汎用ICが光から悪影響を受けることがなくなる。また、この汎用ICの収容部よりも上段の共通凹み部の底部に光素子が配置され、その光素子の上面を透過性の樹脂で全体的に覆っているので、光素子の機能を損なうことがない。 The photoelectric sensor according to the present invention includes the multilayer substrate having such a structure, so that a two-stage configuration is provided in which a further concave portion for accommodating a general-purpose IC is provided on the bottom surface of the common concave portion. The general-purpose IC is not adversely affected by light by covering the entire upper surface of the general-purpose IC with a light-shielding resin. In addition, since the optical element is disposed at the bottom of the common concave portion above the housing portion of the general-purpose IC and the upper surface of the optical element is entirely covered with a transparent resin, the function of the optical element is impaired. There is no.
そして、このように光を発したり受光したりする機能を有する光素子と、光に対して悪影響を受けないようにしなければならない汎用ICとを共通する凹み部に収容することによって、多層基板に光素子とは別に汎用IC用の収容用の凹み部を設ける必要がなくなり、多層基板全体の小型化、ひいては光電センサの小型化を達成することができるようになる。 In this way, the optical element having the function of emitting and receiving light and the general-purpose IC that should not be adversely affected by the light are accommodated in a common recess, thereby allowing the multilayer substrate to There is no need to provide a recess for accommodating a general-purpose IC separately from the optical element, and the entire multilayer substrate can be reduced in size, and thus the photoelectric sensor can be reduced in size.
また、本発明の請求項2に記載の光電センサは、請求項1に記載の光電センサにおいて、
前記光素子は、投光素子、受光素子、表示用LEDの何れか一つからなることを特徴としている。
Moreover, the photoelectric sensor according to claim 2 of the present invention is the photoelectric sensor according to claim 1,
The optical element comprises any one of a light projecting element, a light receiving element, and a display LED.
多層基板の同一側の面に備わった光素子が、投光素子、受光素子、表示用LEDの何れか一つであっても、多層基板の同一側の面に光素子収容用凹み部と汎用IC収容用凹み部とを個別に形成する必要がなくなるので、従来では達成し難かった多層基板全体の小型化、ひいては光電センサの小型化を達成することができるようになる。 Even if the optical element provided on the same side of the multilayer substrate is any one of a light projecting element, a light receiving element, and a display LED, the optical element accommodating recess and the general purpose are provided on the same side of the multilayer substrate. Since there is no need to separately form the IC accommodating recess, it is possible to achieve a reduction in the size of the entire multilayer board, which has been difficult to achieve in the past, and a reduction in the size of the photoelectric sensor.
また、本発明の請求項3に記載の光電センサは、請求項1に記載の光電センサにおいて、
前記光素子は、投光素子、受光素子、表示用LEDの少なくとも二つからなり、当該光素子の何れか一つと前記汎用ICとが前記共通凹み部に共に収容されると共に、それ以外の光素子は前記多層基板の同一側の面に個別に形成された凹み部にそれぞれ収容され、かつ前記それ以外の光素子の上面は光透過性の樹脂で覆われていることを特徴としている。
Moreover, the photoelectric sensor according to claim 3 of the present invention is the photoelectric sensor according to claim 1,
The optical element includes at least two of a light projecting element, a light receiving element, and a display LED, and one of the optical elements and the general-purpose IC are housed together in the common recess, and the other light The elements are respectively housed in recesses formed individually on the same surface of the multilayer substrate, and the upper surfaces of the other optical elements are covered with a light-transmitting resin.
本発明に係る光電センサがこのような構造の多層基板を有することで、投光素子、受光素子、表示用LEDの少なくとも二つのそれぞれが多層基板の同一側の面に個別に形成された凹み部に収容されるようになり、これによって、各光素子の光アイソレートを図ると共に、この何れかの光素子と汎用ICとを一つの共通凹み部に収容することで、多層基板全体の集積度を上げて小型化を図ることができ、結果的に信頼性の高い小型の光電センサとすることができる。 The photoelectric sensor according to the present invention includes the multilayer substrate having such a structure, so that at least two of the light projecting element, the light receiving element, and the display LED are individually formed on the same side surface of the multilayer substrate. As a result, each optical element is optically isolated, and any one of the optical elements and the general-purpose IC are accommodated in one common recess, thereby integrating the entire multilayer substrate. Can be reduced in size, and as a result, a highly reliable small photoelectric sensor can be obtained.
本発明によると、実装密度の高い多層基板を内部に備えた小型で信頼性の高い光電センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a small and highly reliable photoelectric sensor provided with a multilayer substrate having a high mounting density.
以下、本発明の一実施形態に係る光電センサ1について説明する。本発明の一実施形態に係る光電センサ1は、図1に示すように、互いに嵌め合って直方体形状をなす半割り型の二つのケース10(11,12)と、ケース10の前面に備わったレンズユニット20と、レンズユニット20の背面に配置された多層基板100と、ケース外部に導出し多層基板100に電気的に接続されたケーブル30と、ケース10の一部を覆うプラグ15とを備えている。ケース10は例えばABS樹脂(アクリルニトリル・プタジエン・スチレン樹脂)などの強度と成型性に優れた材質でできており、図示しないネジ等で互いに一体化して直方体形状をなしている。
Hereinafter, a photoelectric sensor 1 according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the photoelectric sensor 1 according to an embodiment of the present invention is provided in two halved cases 10 (11, 12) that are fitted to each other to form a rectangular parallelepiped shape, and on the front surface of the
レンズユニット20は、投光レンズ21と受光レンズ22とを有し、図2に示す多層基板100に備わった投光素子111からの検出光を光電センサ1の外部に投光レンズ21を介して投光すると共に、投光素子111から投光された検出光が物体を介して反射して戻ってきたときにレンズユニット20の受光レンズ22を介して多層基板100の受光素子131に受光させるようになっている。
The
多層基板100は、本実施形態の場合、図3に示すように、例えば薄いセラミックでできた層を重ね合わせた多層構造を有し、図2に示すようにその一側面100aに投光素子収容用凹み部110と、表示用LED収容用凹み部120と、これ以外の受光素子131及び汎用IC141,151〜153を収容する共通凹み部130がそれぞれ独立して(光アイソレートして)形成されている。
In the case of this embodiment, the
なお、上述した多層基板100はセラミック基板の多層構造である代わりに、ガラスエポキシ樹脂からなるプリント基板の多層構造であっても良い。
The
また、多層基板100の各層にはここでは図示しない回路パターンが適所に形成され、ここでは図示しないスルーホールやインナービアホールなどのバイアホールを介して多層基板内部に立体的な回路パターンを形成している。また、多層基板100の一側面100aには、投光素子側の縁部の近傍に3つの端子101,102,103が形成され、上述したケーブル30と電気的に接続するようになっている。また、端子103の近傍及びこれと多層基板100の一側面100aの対角線方向反対側には位置決め用穴105,106が形成され、この位置決め用穴105,106を介して多層基板100がレンズユニット20と光学的に適切な相対位置関係を保ったまま固定されるようになっている。
In addition, a circuit pattern (not shown) is formed at appropriate positions on each layer of the
一方、多層基板100の他側面100b(図3参照)には、ここでは詳細に示さない回路パターンが形成され、各回路パターンの適所にコンデンサや抵抗、ダイオードなどの多数の受動素子(図示せず)が表面実装技術(SMT)により実装されている。また、他側面100bの一方の端子には、感度調整用ボリューム109が実装されている(図1参照)。
On the other hand, a circuit pattern not shown in detail here is formed on the
投光素子111は、図3に示すように投光素子収容用凹み部110の底面に配置され、ボンディングワイヤ112によって多層基板100の回路パターンの適所に電気的に接続されている。そして、これら投光素子111とボンディングワイヤ112とは、透光性に優れた例えば透明のエポキシ樹脂からなる樹脂部113が投光素子収容用凹み部110に充填されている。また、投光素子収容用凹み部110と反対側の多層基板100の端部近傍には、上述の通り表示用LED収容用凹み部120が形成され、この凹み部120の底面に表示用LED121が配置されると共にボンディングワイヤ122によって表示用LED121と回路パターン(図示せず)とが電気的に接続されている。また、表示用LED収容用凹み部120には、表示用LED121及びボンディングワイヤ122を覆うように透光性に優れた例えば透明のエポキシ樹脂からなる樹脂部123が表示用LED収容用凹み部120に充填されている。
As shown in FIG. 3, the
多層基板100の一側面100aにおいて投光素子収容用凹み部110と表示用LED収容用凹み部120の間には、図2及び図4に詳細に示すように受光素子131と汎用IC141,151〜153を共に収容する共通凹み部130が形成されている。この共通凹み部130は、その底面の一部に更なる凹み部140,150(図2参照)を備えると共に、共通凹み部130の更なる凹み部以外の底面130a(図4参照)には受光素子131が配置され、ボンディングワイヤ132(図2参照)を介して多層基板100の回路パターンに電気的に接続されている。また、共通凹み部130の底面130aの一部に形成された更なる凹み部140には汎用IC141が配置されると共に、更なる凹み部140に隣接して共通凹み部130の底面に形成された更なる凹み部150にも汎用IC151〜153が配置されている。これらの汎用ICは、本実施形態の場合、光電センサ1の機能を達成するためのカスタムICからなる第1の汎用IC141と、トランジスタやダイオードが実装された第2の汎用IC151〜153からなる。これらの汎用IC141,151〜153もボンディングワイヤ144,154を介して多層基板100の回路パターンに電気的に接続されている。そして、更なる凹み部140,150に収容された汎用IC141,151〜153の周囲及び上面、並びにボンディングワイヤ144,154は、遮光性を有した黒色の樹脂部145,155で覆われている(実際の外観に近い状態を示した図5参照)。
As shown in detail in FIGS. 2 and 4, the
なお、この場合、本実施形態では黒色の樹脂部145はフィラーを含有した黒色のエポキシ樹脂かこれと同等品を用いている。
In this case, in this embodiment, the
なお、この遮光性の樹脂部145,155の上面は、図4に示すように、汎用IC141よりも一段上部に配置された受光素子131の上面(受光面)を覆うことなく、受光素子131の光検出特性を損なわないようになっている。そして、この共通凹み部130には、受光素子131の上面を含めた周囲全体及び上述した汎用IC141,151〜153及び受光素子131に接続したボンディングワイヤ144,154並びに遮光性の黒色の樹脂部145,155を全て覆うように透光性を有する例えば透明のエポキシ樹脂135が充填されている。即ち、遮光性の樹脂部145の上層に透光性の樹脂部135が積層された二層構造をなしている。
Note that the upper surfaces of the light-shielding
なお、この樹脂部135は、共通凹み部130の上面近くまで充填されているが、必ずしもこの上面と面一になる必要はなく、上述した各構成要素を覆う程度に充填されていれば十分である。また、上面を超えて充填されていても良い。
The
本発明の上述の実施形態に係る光電センサ1の多層基板100がこのような構造、即ちこの共通凹み部130の底面に汎用IC収容用の更なる凹み部140,150を設けた二段構成とし、かつこの更なる凹み部140,150に汎用IC141,151〜153をそれぞれ配置して汎用IC141,151〜153を遮光性の例えば黒色樹脂で覆うことによって汎用IC141,151〜153が光から悪影響を受けることがなくなる。また、この汎用IC収容用の更なる凹み部140,150よりも上側に位置する共通凹み部130の底面130aに受光素子131を配置し、その受光素子131とこれに接続されたボンディングワイヤ132とを透光性の透明の樹脂からなる樹脂部135で黒色の樹脂部145の上面も含めて全体的に覆っているので、受光素子131が光を受光するのを妨げることがない。
The
また、本発明の光電センサ1によると、光に対して反応する必要のある受光素子131と光に対して反応させないようにしなければならない汎用IC141,151〜153とを同一の収容部内に共に収容することができるので、光電センサ1に収容された多層基板100の集積化に貢献することができ、多層基板100の小型化を図り、ひいては光電センサ1の小型化を達成することができる。
Further, according to the photoelectric sensor 1 of the present invention, the
また、本実施形態における光素子である投光素子111、受光素子131、表示用LED121は、それぞれ多層基板100の同一側の面に個別に形成された各凹み部110,130,120に収容されているので、それぞれが光アイソレートされ干渉し合うことはない。そのため、本実施形態に係る光電センサの信頼性を高めることができる。
In addition, the
なお、上述の実施形態における汎用ICのボンディングワイヤは、汎用ICの上面を覆う遮光性の樹脂で覆われていても良く、これより上層の透光性の樹脂で覆われていても良い。 In addition, the bonding wire of the general-purpose IC in the above-described embodiment may be covered with a light-shielding resin that covers the upper surface of the general-purpose IC, or may be covered with a light-transmitting resin in an upper layer.
また、遮光性を有する樹脂は、上述の実施形態のように黒色の樹脂に限定されず、実質的に遮光性を有していれば茶色の樹脂等様々な樹脂を使用可能である。 Further, the light-shielding resin is not limited to the black resin as in the above-described embodiment, and various resins such as a brown resin can be used as long as they have substantially light-shielding properties.
また、上述の実施形態では、光素子として、投光素子、受光素子、表示用LEDを挙げたが、これら以外の光素子も本発明には適用可能であることは言うまでもない。 In the above-described embodiment, the light projecting element, the light receiving element, and the display LED are exemplified as the optical element. However, it goes without saying that other optical elements are also applicable to the present invention.
また、上述した実施形態のように汎用ICと受光素子を上述した共通凹み部に収容するのではなく、汎用ICと他の光素子(投光素子又は表示用LEDの何れか一方)を共通凹み部に収容しても良い。この場合においても、残りの各光素子を個別の収容用凹み部に収容して光アイソレートすることで、多層基板の集積密度を高め、小型化を図ると共に上述の実施形態と同様に各光素子が干渉することがなく、小型で信頼性の高い光電センサとすることができる。 In addition, the general-purpose IC and the light receiving element are not housed in the above-described common recess as in the above-described embodiment, but the general-purpose IC and another optical element (either the light projecting element or the display LED) are commonly recessed. You may accommodate in a part. Also in this case, each remaining optical element is housed in a separate housing recess and is optically isolated, thereby increasing the integration density of the multilayer substrate, reducing the size, and reducing each light similarly to the above-described embodiment. There is no interference between the elements, and the photoelectric sensor can be small and highly reliable.
また、上述した実施形態とは異なり、多層基板に備わった光素子が、投光素子、受光素子、表示用LEDの何れか二つからなり、これら光素子の何れか一つと汎用ICとが共通凹み部に共に収容されると共に、それ以外の光素子は多層基板の同一側の面に個別に形成された凹み部に収容され、かつそれ以外の光素子の上面は光透過性の樹脂で覆われていても本発明の作用効果を当然に発揮し得る。 Unlike the above-described embodiment, the optical element provided in the multilayer substrate is composed of any two of a light projecting element, a light receiving element, and a display LED, and any one of these optical elements is shared with a general-purpose IC. The optical elements are accommodated together in the recesses, and the other optical elements are accommodated in the recesses individually formed on the same side surface of the multilayer substrate, and the upper surfaces of the other optical elements are covered with a light-transmitting resin. Even if it is known, the effects of the present invention can naturally be exhibited.
また、多層基板の同一側の面に備わった光素子が、投光素子、受光素子、表示用LEDの何れか一つだけであっても、従来のように多層基板の同一側の面に光素子収容用凹み部と汎用IC収容用凹み部とを個別に形成する必要がなくなるので、多層基板の小型化を図ることができ、本発明の作用効果を発揮し得る。 Further, even if the optical element provided on the same side surface of the multilayer substrate is only one of the light projecting device, the light receiving device, and the display LED, the light is applied to the same side surface of the multilayer substrate as in the prior art. Since there is no need to separately form the element housing recess and the general-purpose IC housing recess, the multilayer substrate can be reduced in size and the effects of the present invention can be exhibited.
1 光電センサ
10(11,12) ケース
15 プラグ
20 レンズユニット
21 投光レンズ
22 受光レンズ
30 ケーブル
100 多層基板
100a 一側面
100b 他側面
101,102,103 端子
105,106 位置決め用穴
109 感度調整用ボリューム
110 投光素子収容用凹み部
111 投光素子
112 ボンディングワイヤ
113 樹脂部
120 表示用LED収容用凹み部
121 表示用LED
122 ボンディングワイヤ
123 樹脂部
130 共通凹み部
130a 底面
131 受光素子
132 ボンディングワイヤ
135 樹脂部
140 更なる凹み部
141 汎用IC
144 ボンディングワイヤ
145 樹脂部
150 更なる凹み部
151〜153 汎用IC
154 ボンディングワイヤ
155 樹脂部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric sensor 10 (11, 12)
122
144
154
Claims (3)
前記多層基板の同一側の面には、前記光素子と汎用ICを共に収容する共通凹み部が形成されると共に、当該共通凹み部の底面の一部に更なる凹み部が形成され、
前記汎用ICが前記更なる凹み部に収容されると共に、前記光素子が前記共通凹み部の更なる凹み部以外の底面に配置され、
前記汎用ICの上面全体は遮光性の樹脂で覆われ、かつ前記共通凹み部には光透過性の樹脂が少なくとも前記光素子の上面を覆った状態で充填されていることを特徴とする光電センサ。 A photoelectric sensor including a multilayer substrate in which an optical element and a general-purpose IC are mounted on the same side,
On the same side surface of the multi-layer substrate, a common dent portion that accommodates both the optical element and the general-purpose IC is formed, and a further dent portion is formed on a part of the bottom surface of the common dent portion,
The general-purpose IC is accommodated in the further recessed portion, and the optical element is disposed on the bottom surface of the common recessed portion other than the further recessed portion,
The entire upper surface of the general-purpose IC is covered with a light-shielding resin, and the common recess is filled with a light-transmitting resin so as to cover at least the upper surface of the optical element. .
The optical element includes at least two of a light projecting element, a light receiving element, and a display LED, and one of the optical elements and the general-purpose IC are housed together in the common recess, and the other light The elements are respectively housed in recesses formed individually on the same surface of the multilayer substrate, and the upper surfaces of the other optical elements are covered with a light-transmitting resin. Item 2. The photoelectric sensor according to Item 1.
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